PEM燃料电池系统

开放模式

这个例子展示了如何使用自定义Simscape™块建模质子交换膜(PEM)燃料电池堆。PEM燃料电池通过消耗氢气和氧气，产生水蒸气来发电。自定义块表示膜电极组件(MEA)，并连接两个独立的潮湿空气网络:一个用于阳极气体流，一个用于阴极气体流。

两个潮湿空气网络代表不同的气体混合物。阳极网络由氮(N2)，水蒸气(H2O)和氢(H2)组成，代表燃料。氢气储存在70兆帕的燃料箱中。减压阀在大约0.16 MPa的压力下向燃料电池堆释放氢气。未消耗的氢被再循环回堆中。阴极网络由氮(N2)、水蒸气(H2O)和氧气(O2)组成，代表来自环境的空气。压缩机将空气以可控的速度输送到燃料电池堆，以确保燃料电池不会缺氧。背压泄压阀在烟囱中保持约0.16 MPa的压力，并将废气排到环境中。

燃料电池堆中的温度和相对湿度必须保持在最佳水平，以确保在各种负载条件下高效运行。温度越高，热效率越高，但相对湿度越低，导致膜电阻越高。因此，在该模型中，燃料电池堆温度保持在80℃。冷却系统在电池之间循环冷却剂，吸收热量，并通过散热器将其排除到环境中。加湿器用水蒸气使气体饱和，以保持膜的水化和最小化电阻。

自定义MEA块在Simscape代码中实现FuelCell.ssc．阳极和阴极气通道管块的输出端口F提供了模拟燃料电池反应所需的气体摩尔分数。从阳极和阴极气体流中去除H2和O2是通过受控微量气源(MA)块来实现的。水的产生和水汽通过MEA的运输是由控制湿度源(MA)块实现的。反应产生的热量通过热端口H发送到连接的热质量块。有关实现的其他详细信息，请参阅代码中的注释。

参见PEM电解系统的例子。

引用:

杜塔，桑迪普，希里瓦奇·希帕利，j·w·范·齐。PEM燃料电池中阴极和阳极通道之间质量交换的数值预测。国际热与传质杂志44.11(2001): 2029-2042。

EG&G技术服务有限公司燃料电池手册(第七版)。美国能源部化石能源办公室，国家能源技术实验室，2004年。

Pukrushpan, Jay T.， Anna G. Stefanopoulou, Huei Peng。燃料电池动力系统控制:原理、建模、分析和反馈设计。Springer-Verlag伦敦，2004年。

明镜,科琳。PEM燃料电池建模与MATLAB仿真。爱思唯尔,2008年。